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第3节　热机的效率
物理观念:了解在燃烧过程中燃料的化学能转化为内能;了解燃料的热值和单位,并能够查阅燃料热值表。
科学思维:比较不同燃料燃烧释放热的本领,从而建立热值的概念;分析热机的工作原理,提出改进热机效率的方法。
实验探究:基于生活经验与实例,对提高热机效率提出意见,并能基于证据作出解释。
科学态度与责任:理解节约和充分利用能源的重要意义,结合有效利用燃料的途径进行学习;树立正确的科学世界观和价值观,为将来的学习和生活指明方向。
教学重点:燃料的热值和热机的效率。
教学难点:对热机效率的理解。
教师准备:汽油机模型、教学课件。
教学环节 设计意图
一、创设情境　导入新课 1.教师:生活中我们需要利用内能,如使用燃料做饭、烧水、取暖、驱动汽车等,请同学们思考:我们可以从哪些燃料来获得内能 学生:柴薪、煤炭、煤气、天然气、石油、酒精等。教师同时课件展示。 2.播放《神舟十九号发射》片段,同学们知道神舟十九号飞船使用的燃料是什么吗 提出问题:为什么神舟十九号飞船使用氢作燃料 引出课题。 通过生活中的现象入手,体会物理与生活的密切联系,激发学习兴趣
二、新课讲解　探究新知 探究点一　热值 (一)比较不同燃料的放热本领 　提出问题:燃料燃烧时化学能转化为内能,刚才我们认识了生活中的不同燃料,根据你的经验,相同质量的不同燃料,燃烧时放出的热量是不是相同 有哪些事实来支持你的观点,并进行分析。 各小组的学生回忆、交流和讨论,学生回答。 继续提出问题:相同条件下,1 kg木柴和1 kg煤,1 kg煤能烧开更多的水,这说明不同的燃料燃烧放出的热量不相同,我们该怎样比较不同燃料燃烧时这种放热性能的优劣呢 小组讨论后展示:选取相同质量的不同燃料,点燃后,对相同质量的水进行加热,比较两杯水温度升高的多少,来确定燃料的放热本领。 教师总结:燃烧相同质量的不同燃料,放出的热量是不同的。我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。 (二)热值 1.[合作学习]自学课本30~31页。 ①热值的定义。 ②热值的计算公式,单位。 ③几种常见燃料的热值及其代表的物理意义。 学生讨论交流后归纳: ①定义:某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,用字母q表示。 从学生的生活经验引入,符合学生的认知特点,使学生有亲切感 自主学习,培养学生良好的学习习惯
　②公式:q=。 单位:Q放表示放出的热量,单位是J;m表示固、液体燃料的质量,单位是kg;q表示热值,单位是J/kg。 燃料燃烧放出热量的计算:Q放=qm。 气体燃料的热值:q=,V表示气体燃料的体积,单位是 m3;Q放表示放出的热量,单位是J;q表示气体燃料的热值,单位是 J/m3。 ③热值的物理意义:热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 教师列举几种燃料的热值,学生说出物理意义。如木炭的热值为3.4×107 J/kg,它表示:1 kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107 J。 2.学生观察课本的热值表格,了解生活中的各种燃料的热值并讨论以下问题。 燃料热值燃料热值干木柴约1.2×107 J/kg柴油4.3×107 J/kg烟煤约2.9×107 J/kg煤油4.6×107 J/kg无烟煤约3.4×107 J/kg汽油4.6×107 J/kg焦炭3.0×107 J/kg氢气1.4×108 J/kg木炭3.4×107 J/kg焦炉煤气约1.7×107 J/m3酒精3.0×107 J/kg沼气约1.9×107 J/m3
①热值表中,热值最大的是哪种燃料 热值最小的是哪种燃料 ②火箭上为什么用液态氢作燃料 ③热值反映了燃料的什么性质 不同燃料的热值一定不同吗 学生讨论交流后,课件展示答案。 [点拨] 热值是物质本身的一种性质,它与物体的质量、形状、体积、位置、温度、吸收或放出热量的多少等因素都无关,是反映燃料优劣的重要指标。 探究点二　热机的效率 煤气灶烧水时的能量走向示意图 问题1:用煤气灶烧水时,煤气能完全燃烧吗 煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗 学生讨论交流后,小组代表展示:煤气不能完全燃烧,损失了一部分能量;装水的容器吸收了一部分能量,煤气灶本身也会吸收一部分能量;高温的烟气带走了一部分能量,还有一部分能量直接散失掉了,等等。 教师:水吸收的热量只占煤气完全燃烧放出热量的一部分,只有水吸收的热量才是被有效利用的,展示图片。 [归纳] 吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值叫作热效率。 η==。 问题2:出示汽油机模型,演示其工作过程,讨论分析热机在工作过程中有哪些能量损失 学生以组为单位阐明自己组的观点,其他组给予补充。 讨论交流:①燃料没有完全燃烧;②排出废气带走部分能量;③克服摩擦,消耗能量(由于机械传动等要克服摩擦消耗能量);④热机本身发热带走一部分能量。 学以致用,“从物理走向社会”,前后呼应,解答上课开始提出的问题 建立热效率的概念(炉子、燃气灶的热效率等),为顺利引入热机效率作好铺垫
课件展示图片 结论:热机工作时,并不能将燃料燃烧释放的内能全部用来对外做有用功,有很大一部分能量在工作过程中损耗掉了。 教师:由于以上原因,真正用来做有用功的能量只占燃料燃烧所能提供能量的一部分。所占比例的大小,也就成了热机性能的标志。物理学中用热机效率来表示热机做功性能,请参照烧水的效率,为热机效率下定义,自学课本热机效率的定义和公式。 [归纳] ①定义:用来做有用功的这部分能量与燃料完全燃烧所释放的热量之比称为热机的效率。 ②公式:η=,其中W有用指用来做有用功的能量,Q总指燃料完全燃烧释放的能量。 小组讨论:热机的效率能达到100%吗 为什么 结论:不能。因为热机在工作过程中一定有能量损失。 [点拨] 理解热机的效率:①热机效率是指热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值,它反映了能量的利用率,为热机性能的一个重要标志。②由于热机在工作过程中,总有能量损失,所以热机的效率总小于1。 学生讨论有效利用燃料的方法,探讨提高热机效率的途径。 [归纳] ①提高燃料利用率,使燃料充分燃烧; ②改进热机,减少各种能量损失,提高效率; ③利用废气的能量,提高燃料的利用率。 探究点三　从火车到火箭 阅读教材P33“从火车到火箭”,然后播放视频,尝试说一说热机的发展过程。 建立热机的效率,加深对热机效率的理解 增强学生的环保意识,增强学生为提高热机效率,加强环保的责任心和使命感
14.3　热机的效率
一、燃料的热值
1.定义:某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比
2.公式:q=(固体燃料);q=(气体燃料)
3.单位:J/kg(固体)、J/m3(气体)
二、热机的效率
1.定义:用来做有用功的这部分能量与燃料完全燃烧释放的热量之比称为热机效率
2.公式:η=
3.提高效率
(1)使燃料充分燃烧
(2)尽量减少各种热量损失
(3)利用废气的能量
(4)保证良好的润滑,减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量
1.查阅资料或访问农机、汽车维修等专业人员,了解内燃机中燃料燃烧所释放热量的去向,讨论提高效率的可能途径。
2.调查当地主要炉灶的能量利用效率,写出调查报告。
　　本节课从生活中如何获得内能引入教学,从学生已有的生活经验认识不同的燃料放热本领不同,建构起燃料的热值概念。依据燃料热值表中资料数据和燃料燃烧放热与燃料质量和热值的关系进行简单计算。学习热机效率时从生活中烧水经历,分析热量损失情况引入烧水效率,然后再进行热机效率的教学,降低了学生的学习难度,最后讨论提高机械效率的方法,理解节约和充分利用能源的重要意义,引导学生树立正确的科学世界观和价值观。

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